Структура современной информатики

Появление и развитие информатики

Информатика — молодая научная дисциплина. Появление и начальное её становление как науки относится ко 2 половине прошлого века, что связано с появлением ЭВМ и начинающейся компьютерной революцией.

 

Область интересов информатики — это структура и общие свойства информации, а также вопросы, связанные с процессами поиска, сбора, хранения, преобразования, передачи и использования информации в самых различных сферах человеческой деятельности.

 

Обработка огромных объемов и потоков информации немыслима без автоматизации и систем коммуникации, поэтому ЭВМ и современные информационные и коммуникационные технологии являются и фундаментальным ядроми материальной базой информатики.

 

Всю историю информатики принято разбивать на два больших этапа: предыстория и история.

 

 

Предыстория информатики

Предыстория информатики такая же древняя, как и история развития человеческого общества.

В предыстории (весьма приближенно) выделяют ряд этапов. Каждый из них характеризуется по сравнению с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки информации.

1. Начальный этап предыстории — освоение человеком развитой устной речи. Членораздельная речь, язык стал специфическим социальным средством хранения и передачи информации.

Для живых существ восприятие и передача информации в форме сигналов — основное отличие от неодушевленных предметов окружающего мира.

Языковая форма передачи информации — основное отличие людей от живых существ.

2. Второй этап — возникновение письменности. Прежде всего резко (по сравнению с предыдущим этапом) возросли возможности по хранению информации.

Возникновение письменности позволило людям не только передавать информации, но и накапливать её в форме записок, писем, рукописей в архивах, а также в личных и публичных библиотеках. Человек получил искусственную внешнюю память.

Квалифицированная переработка информации потребовала людей, имеющих надлежащее образование. Для обучения грамотности были открыты гимназии, лицеи и школы, а для подготовки образованных людей — университеты и колледжи, где накоплением и передачей знаний стали заниматься ученые, учителя и профессора.

Для хранения знаний стали использоваться рукописные книги, а для хранения книг — библиотеки и книгохранилища. В них стал накапливаться интеллектуальный потенциал общества и государств. Неслучайно одной из основных задач варвары считали уничтожение книг и книгохранилищ.

3. Третий этап — книгопечатание. Изобретение печатных станков в XV веке создало технологическую основу для массового издания и распространения печатных книг. Книгопечатание можно смело назвать первой информационной технологией.

Воспроизведение информации было поставлено на поток, на промышленную основу. По сравнению с предыдущим этапом этот этап не столько увеличил возможности по хранению (хотя и здесь был выигрыш: письменный источник — часто единственный экземпляр, печатная книга — целый тираж экземпляров, а следовательно, и малая вероятность потери информации при хранении (вспомните "Слово о полку Игореве)), сколько повысил доступность информации и точность её воспроизведения. Это послужило основой для всеобщего распространения грамотности и открытия массовых начальных школ, в которых дети обучались грамотности — умениям читать, писать и считать.

4. Четвертый и последний этап предыстории связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся в то время научно-технической революцией.

Развитие промышленного производства в XVIII – XIX веках потребовало большого числа специалистов, для подготовки которых было открыто большое число университетов. Это дало мощный толчок для развития естественных наук — химии, физики, механики, математики и подготовки инженерных кадров.

Развитие печатных станков привело к появлению и распространению газет как средств массовой информации и информатизации общества, а также к появлению и распространению журналов для опубликования (и распространения соответственно) литературных произведений.

В это же время появились первые законы, регулирующие авторские права.

Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение (середина XX века).

Кроме средств связи появились новые возможности по получению и хранению информации — фотография и кино, а изобретение магнитофона позволило накапливать звуковую и видеоинформацию на магнитных носителях.

 

 

История информатики

С разработкой первых ЭВМ (середина XX века) принято связывать возникновение информатики как науки, начало её истории. Для выбора такой точки отсчета становления информатики имеется несколько причин.

Во-первых, сам термин "информатика" появился на свет благодаря развитию вычислительной техники, и поначалу под ним понималась наука о вычислениях (первые ЭВМ большей частью использовались для проведения числовых расчетов).

Что касается самого названия, термин "информатика" возник в 60-х гг. во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью электронных вычислительных машин.

Французский термин informatigue (информатика) образован путем слияния слов information (“информация”) и automatigue (“автоматика”) и означает “информационная автоматика или автоматизированная переработка информации”.

Со временем в голландском языке вошло в употребление слово informatika, в русском — информатика, в польском informatyka, в испанском — informatica.

В англоязычных странах этому термину соответствует синоним computer science (наука о компьютерной технике), причем этот термин имеет уклон в сторону теории.

 

Во-вторых, выделению информатики в отдельную науку способствовало также важное свойство современной вычислительной техники, как единая форма представления обрабатываемой и хранимой информации.

Вся информация, вне зависимости от её вида, хранится и обрабатывается на ЭВМ в двоичной форме. Компьютер объединил хранение и обработку числовой, текстовой (символьной) и аудивизуальной (звук, изображение) информации.

Переработка информации перестала быть исключительной способностью людей и живых существ.

Появление микропроцессорной техники в середине 70-х гг. послужило началом второй электронной революции. С этого времени элементной базой вычислительной машины становятся интегральные схемы и микропроцессоры, а область, связанная с созданием и использованием компьютеров, получила мощный импульс в своем развитии.

Термин "информатика" приобретает новое дыхание и используется не только для отображения достижений компьютерной техники, но и связывается с процессами передачи и обработки информации.

 

В нашей стране подобная трактовка термина "информатика" утвердилась с момента принятия решения в 1983 г. на сессии годичного собрания Академии наук СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматизации. Информатика трактовалась как "комплексная научная и инженерная Дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки, функционирования основанных на ЭВМ систем переработки информации, их применения и воздействия на различные области социальной практики".

Информатика в таком понимании нацелена на разработку общих методологических принципов построения информационных моделей. Поэтому методы информатики применимы всюду, где существует возможность описания объекта, явления, процесса и т.п. с помощью информационных моделей.

 

 

Толкование термина «информатика»

До настоящего времени толкование термина «информатика» (в том смысле как он используется в современной научной и методической литературе) еще не является установившимся и общепринятым.

Существует множество определений информатики, что связано с многогранностью ее функций, возможностей, средств и методов.

Если обобщить опубликованные в литературе определения этого термина, получим следующую трактовку:

Информатика — это область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров и их взаимодействием со средой применения.

В 1978 году Международный научный конгресс по информатике официально закрепил за понятием "информатика" области, связанные с разработкой, созданием, использованием и материально-техническим обслуживанием систем обработки информации, включая компьютеры и их программное обеспечение, а также организационные, коммерческие, административные и социально-политические аспекты компьютеризации — массового внедрения компьютерной техники во все области жизни людей.

Информатика — это техническая наука, систематизирующая приемы создания, хранения, обработки и передачи информации средствами вычислительной техники, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поскольку отвечает на вопрос как?

• Как принимать и хранить информацию?
• Как обрабатывать информацию и преобразовывать ее в форму, удобную для человека?
• Как использовать вычислительную технику с наибольшей эффективностью?
• Как использовать достижения других наук для создания новых средств вычислительной техники?
• Как управлять техническими средствами с помощью программ?

Поэтому не случайно предмет, изучением которого занимается информатика, нередко называют информационной технологией или компьютерной технологией.

Таким образом, у информатики есть как бы две стороны. С одной стороны, она занимается изучением устройств и принципов действия средств вычислительной техники, а с другой стороны - систематизацией приемов и методов работы с программами, управляющими этой техникой.

 

В качестве источников информатики обычно называют две науки: документалистику и кибернетику. Документалистика сформировалась в конце XIX века в связи с бурным развитием производственных отношений. Ее расцвет пришелся на 20-30 е годы XX в., а основным предметом стало изучение рациональных средств и методов повышения эффективности документооборота.

Основы близкой к информатике технической науки кибернетики были заложены трудами по математической логике «Кибернетика или управление и связь в животном и машине» американского математика Норберта Винера, опубликованными в 1948 г., а само название происходит от греческого слова (kyberneticos — искусный в управлении).

Впервые термин кибернетика ввел французский физик Андре Мари Ампер, известный по закону Ампера, в первой половине XIX в. Он занимался разработкой единой системы классификации всех наук и обозначил этим термином гипотетическую науку об искусстве управления, которой в то время не существовало, но которая, по его мнению, должна была существовав.

Ампер не имел в виду управление техническими системами, поскольку сложных технических систем в те времена еще не было. Он имел в виду искусство управления людьми, то есть обществом. Эту несуществующую науку Ампер назвал кибернетикой от греческого слова "кибернетикос" (искусный в управлении). В Древней Греции этого титула удостаивались лучшие мастера управления боевыми колесницами.

Впоследствии слово "кибернетикос" было заимствовано римлянами — так в латинском языке появилось слово губернатор (управляющий провинцией). Сегодня уже трудно догадаться, что слова "кибернетика" и "губернатор" имеют одно происхождение, но это так.

С тех пор о кибернетике забыли более, чем на сто лет. В 1948 году выдающийся американский математик Норберт Винер, труды которого по математической логике легли в основу зарождавшегося тогда программирования вычислительной техники, вновь возродил термин "кибернетика" и определил ее как науку об управлении в живой природе и в технических системах.

Это определение оказалось весьма спорным. Смешивание живой природы и технических систем в одной дисциплине привело к резкому неприятию такого определения учеными многих стран. Особенно сильной критике зарождавшаяся кибернетика подверглась в Советском Союзе. В большинстве стран мира научная дискуссия привела к расколу в научных кругах, а в СССР, где кибернетика получила даже политическое осуждение, работы в этой области были вообще прекращены на много лет. что болезненно сказывается и по сей день.

Сегодня предметом кибернетики являются принципы построения и функционирования систем автоматического управления, а основными задачами — методы моделирования процессов принятия решений, связь между психологией человека и математической логикой, связь между информационным процессом отдельного индивидуума и информационными процессами в обществе, разработка принципов и методов искусственного интеллекта. На практике кибернетика во многих случаях опирается на те же программные и аппаратные средства вычислительной техники, что и информатика, а информатика, в свою очередь, заимствует у кибернетики математическую и логическую базу для развития этих средств.

Так из-за спорного определения в молодой зарождающейся науке произошел раскол. Сегодня кибернетика продолжает изучать связь между психологией и математической логикой, разрабатывает методы создания искусственного интеллекта, но наряду с ней уже действует другая, отделившаяся от нее наука.

Она занимается проблемами применения средств вычислительной техники для работы с информацией. В Великобритании и США эту науку называют computer science (наука о вычислительной технике). Во Франции она получила другое название - informatique (информатика). Оттуда это название пришло в Россию, а также в некоторые другие страны Восточной Европы.

 

 

Структура современной информатики

Информатика в широком смысле представляет собой единство разнообразных отраслей науки, техники и производства, связанных с переработкой информации, главным образом с помощью компьютеров и телекоммуникационных средств связи во всех сферах человечес­кой деятельности, а также принципы функционирования этих средств и методы управления ими.

Таким образом, можно сказать, что информатика – это наука, изучающая закономерности и методы переработки информации с помощью современных технических средств.

Из этого определения видно, что информатика очень близка к технологии, поэтому ее предмет нередко называют информационными технологиями.

Предмет информатики составляют следующие понятия:

• аппаратное обеспечение средств вычислительной техники;

• программное обеспечение средств вычислительной техники;

• средства взаимодействия аппаратного и программного обеспечения;

• средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами.

 

Как видно из этого списка, в информатике особое внимание уделяется вопросам взаимодействия. Для этого даже есть специальное понятие — интерфейс.

Методы и средства взаимодействия человека с аппаратными и программными средствами называют пользовательским интерфейсом.

Соответственно, существуют аппаратные интерфейсы, программные интерфейсы и аппаратно-программные интерфейсы.

 

Основной задачей информатики является систематизация приемов и методов работы с аппаратными и программными средствами вычислительной техники.

Цель систематизации состоит в выделении, внедрении и развитии передовых, наиболее эффективных технологий, в автоматизации этапов работы с данными, а также в методическом обеспечении новых исследований.

 

 

Информатику в узком смысле можно представить как состоящую из трех неразрывных взаимосвязанных частей — технических средств (hardware), программных средств (software) и алгоритмических средств (brainware) (выделил российский академик А.А. Дородницин).

Технические средства, или аппаратура компьютеров, в английском языке обозначаются словом Hardware, которое буквально переводится как "твердые изделия".

Для обозначения программных средств, под которыми понимается совокупность всех программ, используемых компьютерами, и область деятельности по их созданию и применению, используется слово Software (буквально — "мягкие изделия"), которое подчеркивает равнозначность самой машины и программного обеспечения, а также способность программного обеспечения модифицироваться, приспосабливаться и развиваться.

Программированию задачи всегда предшествует разработка способа ее решения в виде последовательности действий, ведущих от исходных данных к искомому результату, иными словами, разработка алгоритма решения задачи. Для обозначения части информатики, связанной с разработкой алгоритмов и изучением методов и приемов их построения, применяют термин Brainware (англ. brain — интеллект).

 

 

В свою очередь, информатику как в целом, так и каждую ее часть обычно рассматривают с разных позиций:

§ как отрасль народного хозяйства,

§ как фундаментальную науку,

§ как прикладную дисциплину.

 

Информатика как отрасль народного хозяйства состоит из однородной совокупности предприятий разных форм хозяйствования, где занимаются производством компьютерной техники, программных продуктов и разработкой современной технологии переработки информации. Специфика и значение информатики как отрасли производства состоят в том, что от нее во многом зависит рост производительности труда в других отраслях народного хозяйства.

Более того, для нормального развития этих отраслей производительность труда в самой информатике должна возрастать более высокими темпами, так как в современном обществе информация все чаще выступает как предмет конечного потребления: людям необходима информация о событиях, происходящих в мире, о предметах и явлениях, относящихся к их профессиональной деятельности, о развитии науки и самого общества.

Дальнейший рост производительности труда и уровня благосостояния возможен лишь на основе использования новых интеллектуальных средств и человеко-машинных интерфейсов, ориентированных на прием и обработку больших объемов мультимедийной информации (текст, графика, видеоизображение, звук, анимация). При отсутствии достаточных темпов увеличения производительности труда в информатике может произойти существенное замедление роста производительности труда во всем народном хозяйстве. В настоящее время около 50% всех рабочих мест в мире поддерживается средствами обработки информации.

 

Информатика как фундаментальная наука занимается разработкой методологии создания информационного обеспечения процессов управления любыми объектами на базе компьютерных информационных систем.

Существует мнение, что одна из главныхзадач этой науки — выяснение, что такое информационные системы, какое место они занимают, какую должны иметь структуру, как функционируют, какие общие закономерности им свойственны.

В Европе можно выделить следующие основные научные направления в области информатики: разработка сетевой структуры, компьютерно-интегрированные производства, экономическая и медицинская информатика, информатика социального страхования и окружающей среды, профессиональные информационные системы.

Цель фундаментальных исследований в информатике — получение обобщенных знаний о любых информационных системах, выявление общих закономерностей их построения и функционирования.

 

Информатика как прикладная дисциплина занимается:

· изучением закономерностей в информационных процессах (накопление, переработка, распространение);

• созданием информационных моделей коммуникаций в различных областях человеческой деятельности;
• разработкой информационных систем и технологий в конкретных областях и выработкой рекомендаций относительно их жизненного цикла: для этапов проектирования и разработки систем, их производства, функционирования и т.д.

 

 

Главная функция информатики заключается в разработке методов и средств преобразования информации и их использовании в организации технологического процесса переработки информации.

 

Задачи информатики состоят в следующем:

· исследование информационных процессов любой природы;

• разработка информационной техники и создание новейшей технологии переработки информации на базе полученных результатов исследования информационных процессов;
• решение научных и инженерных проблем создания, внедрения и обеспечения эффективного использования компьютерной техники и технологии во всех сферах общественной жизни.

 

Информатика существует не сама по себе, а является комплексной научно-технической дисциплиной, призванной создавать новые информационные техники и технологии для решения проблем в других областях. Комплекс индустрии информатики станет ведущим в информационном обществе. Тенденция к большей информированности в обществе в существенной степени зависит от прогресса информатики как единства науки, техники и производства.

 

Определим структуру предметной области информатики в той интерпретации, которая была представлена в Национальном докладе РФ на III Международном Конгрессе ЮНЕСКО "Образование и информатика".

 

 

Эта структурная схема включает четыре раздела (части): теоретическая информатика, средства информатизации, информационные технологии, социальная информатика.

Каждая из этих частей может рассматриваться как относительно самостоятельная научная дисциплина; взаимоотношения между ними примерно такие же, как между алгеброй, геометрией и математическим анализом в классической математике - все они хоть и самостоятельные дисциплины, но, несомненно, части одной науки.

Теоретическая информатика — часть информатики, включающая ряд математических разделов. Она опирается на математическую логику и включает такие разделы как теория алгоритмов и автоматов, теория информации и теория кодирования, теория формальных языков и грамматик, исследование операций и другие. Этот раздел информатики использует математические методы для общего изучения процессов обработки информации.

Вычислительная техника — раздел, в котором разрабатываются общие принципы построения вычислительных систем. Речь идет не о технических деталях и электронных схемах (это лежит за пределами информатики как таковой), а о принципиальных решениях на уровне, так называемой, архитектуры вычислительных (компьютерных) систем, определяющей состав, назначение, функциональные возможности и принципы взаимодействия устройств. Примеры принципиальных, ставших классическими решений в этой области - неймановская архитектура компьютеров первых поколений, шинная архитектура ЭВМ старших поколений, архитектура параллельной (многопроцессорной) обработки информации.

Программирование — раздел прикладной математики, изучающий и разрабатывающий методы и средства составления, проверки и улучшения программ для ЭВМ.

Здесь отметим лишь основные разделы современного программирования: создание системного программного обеспечения и создание прикладного программного обеспечения. Среди системного - разработка новых языков программирования и компиляторов к ним, разработка интерфейсных систем (пример - общеизвестная операционная оболочка и система Windows). Среди прикладного программного обеспечения общего назначения самые популярные - системы обработки текстов, электронные таблицы (табличные процессоры), системы управления базами данных.

В каждой области предметных приложений информатики существует множество специализированных прикладных программ более узкого назначения.

Информационные системы — раздел информатики, связанный с решением вопросов по анализу потоков информации в различных сложных системах, их оптимизации, структурировании, принципах хранения и поиска информации. Информационно-справочные системы, информационно-поисковые системы, гигантские современные глобальные системы хранения и поиска информации (включая широко известный Internet) в последнее десятилетие XX века привлекают внимание все большего круга пользователей. Без теоретического обоснования принципиальных решений в океане информации можно просто захлебнуться. Известным примером решения проблемы на глобальном уровне может служить гипертекстовая поисковая система WWW, а на значительно более низком уровне - справочная система, к услугам которой мы прибегаем, набрав телефонный номер 09.

Искусственный интеллект — область информатики, в которой решаются сложнейшие проблемы, находящиеся на пересечении с психологией, физиологией, лингвистикой и другими науками. Как научить компьютер мыслить подобно человеку? - Поскольку мы далеко не все знаем о том, как мыслит человек, исследования по искусственному интеллекту, несмотря на полувековую историю, все еще не привели к решению ряда принципиальных проблем. Основные направления разработок, относящихся к этой области - моделирование рассуждений, компьютерная лингвистика, машинный перевод, создание экспертных систем, распознавание образов и другие. От успехов работ в области искусственного интеллекта зависит, в частности, решение такой важнейшей прикладной проблемы как создание интеллектуальных интерфейсных систем взаимодействия человека с компьютером, благодаря которым это взаимодействие будет походить на межчеловеческое и станет более эффективным.